水生植物对垃圾渗滤液中重金属的吸附效果研究.docx
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水生植物对垃圾渗滤液中重金属的吸附效果研究
水生植物对垃圾渗滤液中重金属的吸附效果研究
摘要:
通过水生植物在垃圾渗滤液中的培养实验,研究水浮莲、浮萍、水葫芦三种水生植物对垃圾渗滤液中重金属的吸附能力,探讨不同植物对重金属吸附的最佳吸附时间。
结果表明:
不同植物对重金属的吸附能力表现为:
水浮莲>浮萍>水葫芦,其中水浮莲对垃圾渗滤液中Ni、Zn、Cr、Cd、Pb、Mn的最高吸附率分别可达50.21%、50.92%、100%、73.27%、89.99%、88.52%,吸附后的圾渗滤液可以达到污水排放标准,最适合应用于垃圾渗滤液中重金属污染的治理,但是对不同重金属最佳吸附时间存在差异。
关键词:
垃圾渗滤液;重金属;水生植物;吸附
目前我国城市垃圾主要以填埋为主,而且基本上都未经过分类处理,所以造成大量废旧电子产品和生活垃圾一起堆放,没有经过处理就直接填埋。
垃圾中的重金属很容易通过垃圾渗滤液渗入土壤,甚至地下水中,从而造成土壤及水体重金属污染,并可以通过食物链在人体中聚集,给人体健康带来了巨大危害[1、2]。
另外重金属污染由于带有很大的隐蔽性滞后性,对体健康构成很大的潜在威胁性,因此解决城市垃圾及其渗滤液中重金属污染问题已经成为当前环境学界急需解决的重大课题。
目前处理水体重金属污染常用的方法主要有物理处理法、化学处理法和生物处理法。
另外还有电解法、氧化还原法和铁氧化法等。
它们虽然具有净化效率高、周期短等优点,但是也各有缺点,而且大多流程长、操作麻烦、处理费用较高。
植物修复不但投资小、效率高,而且会带来较高的环境生态效益,已经成为国际污染修复治理研究的一个新的热点[3~5]。
目前植物修复技术在土壤重金属污染治理方面已经有较多研究,重金属污染水域的植物修复技术研究相对较少,近年来我国对于重金属污染水域的植物修复也进行了相关的一些研究[6~9],范修远等[8]通过实验得出水葫芦,1hm2水葫芦一昼夜就能从水中吸收锰4kg、汞89g、镊297g、铅104g。
香蒲对铅锌矿废水中铅、锌、铜、镉的吸附率分别为93.98%、97.02%、96.87%、96.39%,净化后的废水其重金属含量达到国家排放标准。
蔡成翔等[9]对水葫芦对铜、铅、镉、锌、铁等离子的短期净化机制的研究表明水葫芦在快速高效吸附低浓度含铅废水、治理含镉废水和作为铜污染废水的指示性植物等方面与良好的应用前景。
由于垃圾渗滤液本身成分比较复杂,污染成分较多,植物一般都很难适应其环境,因此在南方地区利用水生植物来治理垃圾渗滤液污染的研究还比较少。
虽然植物在垃圾渗滤液中的适应性较差,但通过短期多次重复吸附来处理垃圾渗滤液,也可达到较好的治理效果。
有鉴于此,本文选择南方分布广泛的水葫芦、浮萍、水浮莲三种水生植物为研究对象,进行三种水生植物对垃圾渗滤液的生长适生能力及其垃圾渗滤液中重金属的吸附效果研究,探讨水生植物对重金属的吸附机理,为垃圾渗滤液中重金属的植物修复技术提供科学依据。
1材料与方法
1.1试验材料
选取三种南方常见的水生植物水葫芦学名凤眼莲(Eichhomiacrassipes))、浮萍(Zetnnaminor)、水浮莲(Pistiastratiotes)作为供试对象,样品采自福建农林大学校园湖内。
垃圾渗滤液取自福州红庙岭垃圾填埋场,垃圾渗滤液中污染成分含量见表1,从表分析可以得出与污水综合排放标准和地面水环境V类标准想比福州垃圾渗滤液中BOD、COD、NH3-N等都严重超标,重金属含量与污水综合排放标准相比Mn、Ni、Cd超标,与地面水环境V类标准相比只有Zn未超标,其它五种重金属全部超标,另外考虑到重金属的积累性,经过长期积累必然会造成严重污染,因此进行垃圾渗滤液重金属污染治理显得极为必要。
表1福州市垃圾渗滤液污染特征(mg•L-1)
注:
“—”表示未检出;空白项为未测定或国标未规定的项目。
1.2水生植物吸附重金属污染实验设计
选择福建农林大学校园内的水葫芦、浮萍、水浮莲,用自来水冲洗干净,在去离子水中静养一昼夜,再用去离子水淋洗后,分别按重量均匀分为7组备用。
分别取200mL垃圾渗滤液放入7个500mL的培养盆中,同时取300mL垃圾渗滤液放入14个600mL的培养盆中,将分好的水浮莲分别放入装有200mL垃圾渗滤液的培养盆中,将分好的水葫芦和浮萍放入装有300mL垃圾渗滤液的培养盆中,分别进行三种植物在垃圾渗滤液生长2h、6h、12h、18h、24h、48h、72h实验,并用去离子水作对照。
将培养相应时间的植物取出,用去离子水冲洗干净后自然风干,浮萍和水浮莲直接粉碎过0.25mm的待用,将水葫芦分为根和茎叶两部分同样过0.25mm筛待用。
然后取相应培养时间的垃圾渗滤液测定剩余渗滤液中重金属的浓度,每个样品都做三个重复,取三次的平均值。
1.3分析方法
垃圾渗滤液与植物中重金属测定采取HNO3-HClO4消煮法进行消煮,用北京瑞利分析仪器公司的原子吸收分光光度计(WFX-136)分别测定Mn、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni的含量。
2结果与分析
2.1三种水生植物对垃圾渗滤液重金属的吸附效果
通过研究发现三种植物对不同重金属吸附效果均出现波动现象,原因是植物生长过程中植物体内重金属浓度与垃圾渗滤液中重金属浓度的差异而出现离子交换及植物本身生长代谢作用。
在吸附过程中还会出现浓度又增加且大于溶液原始浓度的现象,这是由于植物枯死失水,植物吸附的重金属又进入溶液中,因此吸附时间的掌握对吸附效果有很大影响。
2.1.1水葫芦对垃圾渗滤液中重金属的吸附效果
2.1.1.1水葫芦对垃圾渗滤液中重金属的吸附
从表2和图1分析可得出,水葫芦对Ni和Zn的吸附效果在开始时较大,在18h后达到最大吸附率31.13%和89.26%;对Cr的吸附在2h时达到最大吸附率89.75%;对Cd的吸附在48h时达到最大吸附率82.84%;对Pb和Mn的吸附在24h时达到最大吸附率29.67%和18.05%。
经过水葫芦吸附处理的垃圾渗滤液重金属均达到污水排放标准。
表2水葫芦吸附垃圾渗滤液中重金属浓度的变化(mg•L-1)
图1水葫芦对重金属吸附率的变化
2.1.1.2水葫芦对垃圾渗滤液中重金属的富集能力
从吸附重金属后水葫芦本身的重金属分析中发现,水葫芦根中重金属含量与渗滤液中重金属的分析相吻合。
对Ni和Zn的吸附率开始时增大,在18h时达到最高富集量;对Cr的吸附在12h时达最高富集量;对Cd的吸附在48h时达最高富集量;对Pb和Mn的吸附在24h时达最高富集量。
从表3和图1分析可得出,水葫芦对六中重金属均有一定吸附能力。
水葫芦在24h时对铅的富集转运系数大于1,具备了超富集植物的特征,对其他重金属的转运系数都比较小。
从吸收系数上看,水葫芦对Ni、Mn和Pb都有很高的吸收系数,水葫芦对三种重金属有较好的吸附效果。
由于垃圾渗滤液中重金属含量并不是很高,因此水葫芦对重金属的吸附能力还有待在更高浓度重金属溶液来进行实验确定。
表3水葫芦对不同重金属的富集能力的比较
2.1.2水浮莲对垃圾渗滤液中重金属的吸附效果
从表4和图2分析可得出,水浮莲对不同重金属有较好的吸附效果。
Ni和Cr在吸附72h时溶液达到最低浓度,对Ni的最大吸附率达50.21%,对Cr的最高吸附率达100%;Pb在吸附6h时渗滤液中的浓度达最低值,对Pb的最大吸附率达89.99%;Cd、Mn和Zn在12h时渗滤液浓度达最低,对Cd的最大吸附率为73.27%,对Mn的吸附率最高达88.52%,对Zn的最高吸附率可达50.92%。
可见水浮莲对垃圾渗滤液中重金属有很好的吸附效果,吸附率都在50%以上,其中对Cr的吸附达100%。
表4水浮莲吸附垃圾渗滤液中重金属含量的变化(mg•L-1)
图2水浮莲对重金属的吸附率变化规律
2.1.3浮萍对垃圾渗滤液中重金属的吸附效果
从表5和图3分析可得出,浮萍对不同重金属有较好吸附效果。
Ni和Mn在吸附72h时溶液达最低浓度,对Ni最大吸附率达40.62%,对Mn最大吸附率达59.18%;Cd和Zn在12h时渗滤液中浓度达最低,对Cd最大吸附率达89.58%,对Zn最大吸附率达66.48%;Cr在6h时渗滤液浓度达最低,对Cr最大吸附率达90.59%;Pb在18h时渗滤液浓度达最低对Pb最高吸附率达96.16%。
表5浮萍吸附后垃圾渗滤液中重金属的变化(mg•L-1)
3讨论
本研究发现水生植物在垃圾渗滤液中的适生能力较差,一般在72h内基本枯死,原因是因为垃圾渗滤液中有害成分较多,酸碱度较大。
但是通过研究发现通过水生植物短期或重复吸附可以达到较好的吸附效果,一般在48h以内水生植物就可达到对重金属的最大吸收效果。
奉若涛等[12]人对水体重金属污染的植物修复研究表明,采用种苗过滤能够在72h内就可达到对镉较大吸附效果;蔡成翔[9]等人水葫芦对重金属离子的短期净化机制研究表明,水葫芦在72h内也可对重金属达到较高的吸附效果,说明利用水生植物对重金属的短期修复是可行的。
图3浮萍对重金属的吸附率变化规律
本研究发现:
水浮莲对重金属有最好的吸附效果。
邵林广[13]等对水浮莲净化富营养化湖泊试验研究表明,水浮莲对富营养化湖泊中的有机物及氮磷具有良好的吸附能力,BOD5的吸附率在70%以上,垃圾渗滤液中的BOD含量也比较高,因此水浮莲适合应用于垃圾渗滤液污染治理。
但是本研究未对水浮莲吸附其它污染成分进行研究,今后应在这方面进行进一步研究。
对于修复后植物的处理问题国内外有较多研究,有学者对修复后植物进行重金属提取,从中提取一些可利用的贵重金属或使之转化为热能加以利用。
Nicks.和.Chambers[14]研究表明,通过超积累植物回收重金属产生的直接经济价值为.539.美元•hm-2,如果采用焚烧法产生热能的.25%.能够得到回收利用,便可以产生额外的利润.219.美元•hm-2。
另外超积累植物通过焚烧法、灰化法、堆肥法、压缩填埋等方法回收利用重金属,具有广阔的应用前景和推广价值[15],使植物修复后的废物处理问题得以解决,从而避免二次污染。
4结论
水浮莲、水葫芦、浮萍3种水生植物吸附垃圾渗滤液中重金属的研究表明:
三种植物对重金属有一定的吸附效果,其中水浮莲比其它两种植物具有最好的吸附效果,其对Ni、Zn、Cr、Cd、Pb、Mn的最高吸附率分别可达50.21%、50.92%、100%、73.27%、89.99%、88.52%,吸附后的垃圾渗滤液可以达到污水综合排放标准,适合应用于垃圾渗滤液中重金属的治理。
但不同重金属最大吸附率的时间有所不同。
水浮莲对五种重金属的最佳吸附时间Ni和Cr为72h,Pb为6h,Cd、Mn和Zn为12h。
浮萍对铬和铅的吸附率最大,适用于铬与铅含量高重金属废水的处理;水葫芦对锌的吸附率最大,适用于锌含量高废水的处理,水葫芦对铅的富集转运系数大于1,已具备了铅超富集植物的部分标准。
参考文献:
略
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- 水生植物 垃圾 渗滤 重金属 吸附 效果 研究